气候变化和人类活动对中国地表水文过程影响定量研究

利用中国372个水文站月径流数据（1960-2000年）及41个水文站年径流数据（2001-2014年）,采用基于Budyko假设的水热耦合平衡方程,构建气候变化和人类活动对径流变化影响定量评估模型,在Penman-Monteith潜在蒸发分析基础上,进一步分析气象因子对径流变化的弹性系数,量化气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明：① 中国北方地区流域径流变化对各气象因子弹性系数明显大于中国南方地区。就全国而言,径流变化对各因子的弹性系数为：降水>土地利用/土地覆盖变化（LUCC）>相对湿度>太阳辐射>最高气温>风速>最低气温;② 1980-2000年,气候变化总体上有利于增加中国年径流量,而降水对年径流量增加的贡献最为显著;③ 1980-2000年,中国南方流域中,气候变化对年径流变化的影响以增加作用为主,而北方流域,以减少年径流作用为主。对中国大多数流域径流变化而言,人类活动的影响主要以减少年径流量为主。2001-2014年,气候变化以减少径流量为主,人类活动对径流变化的影响程度明显增强,气候变化与人类活动对径流变化的贡献率分别为53.5%、46.5%。该研究对气候变化与人类活动影响下,中国水资源规划管理、防灾减灾及保障水资源安全具有重要理论与现实意义。     

三江源区径流演变及其对气候变化的响应

利用水循环模型、统计检测、对比分析等手段对三江源区水循环过程进行了分析,模拟和检测了1958-2005 年黄河源区出口唐乃亥站、长江源区直门达站、澜沧江源区昌都站汛期、非汛期和年径流过程的变化趋势。在此基础上,检测CSIRO和NCAR两种气候模式A1B和B1 排放情景下未来2010-2039 年源区出口断面的径流演变趋势,对比分析了气候变化的影响。研究表明过去48 年三江源区出口唐乃亥站年径流和非汛期径流过程呈显著减少趋势,而直门达和昌都站径流过程变化趋势并不显著。这将导致对黄河中下游地区的水资源补给显著减少,加剧黄河流域水资源短缺。气候变化背景下,未来30 年黄河源区径流量与现状相比有所减少,尤其是在非汛期,将持续加剧黄河中下游流域水资源短缺的现象。长江源区径流量将呈增加趋势,而且远远高于现状流量,尤其是在汛期,长江中下游地区防洪形势严峻。而澜沧江源区未来30 年径流量均高于现状流量,但汛期和年径流变化并不显著,而非汛期径流变化存在不确定性,CSIRO模式B1 情景显著减小,而NCAR模式B1 情景显著增加。气候变化对长江源区径流影响最显著,黄河源区其次,而澜沧江源区最小。     

黄河中游多沙粗沙区水沙变化趋势及其主控因素的贡献率

随着气候变化和人类活动影响加剧,黄河中游多沙粗沙区的水沙变化剧烈,因此研究影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量的驱动因素对预测未来水沙变化具有重要意义。本文选取Mann-Kendall趋势检验法,Pettitt突变点检验法,位置、尺度、形状的广义可加模型以及累积量斜率变化率比较法对黄河中游多沙粗沙区15个水文站控制流域1956-2010年的年降水量、年径流量以及年输沙量变化特征及其贡献率进行分析,确定影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的主要原因。结果表明：① Mann-Kendall趋势检验在5%的显著性水平下,表明降水量虽呈减少趋势但并不显著,径流量和输沙量则有显著的减少趋势;② Pettitt突变点检验得出所研究区域径流量和输沙量的突变年份在1972年、1985年以及1996年左右;③ GAMLSS模型分析结果同样表明降水的均值不随时间发生变化,但降水的方差有减小的趋势;④ 通过累积量斜率变化率比较法得出,人类活动对窟野河流域径流输沙的影响大于无定河流域。通过分析黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的原因,可为黄河中游多沙粗沙区水资源合理分配提供一定的理论支持。     

黄河入海径流变化及影响因素

黄河入海径流是黄河水循环的重要分量,涉及整个流域,它的变化是流域气候与人类活动的综合体现。以黄河入海口利津水文站1963～2009年实测径流量年均值为基础,采用随机水文学方法,对入海径流动态变化进行了分析;结合流域内7个径流来源区的78个气象站同时段月均降水和气温数据及流域内取水量和水利工程等资料,探讨了不同径流来源区的气候因素和人类活动对入海径流量的影响。结果表明:近50年来入海实测径流量呈显着下降趋势,且存在1968年、1985年、1996年与2002年这四个突变点;入海天然径流量同样呈显着下降趋势,只有1985年一个突变点。唐乃亥以上区间的降水量、兰州至龙门区间的气温以及龙门至三门峡区间的降水和气温是引起入海天然径流量变化主要因素;气温因素的季节性变化对入海天然径流量也有影响,其中夏季降水与冬季气温是重要的因素。自20世纪70年代以来,人类活动对入海径流量的影响不断加强,且在耗水量、水土保持及水利工程等方面表现出明显的空间差异。取水量、降水、气温对黄河入海实测径流量变化的贡献率分别为42.2%、39.2%、18.6%.     

近60年来汾河入黄河水沙演变特征及驱动因素

基于汾河河津站1950～2005年的实测径流和输沙数据,采用Mann-Kendall检验等多种统计方法分析了汾河入黄河的水沙演变特征及驱动因素.结果表明:入黄河水沙量年际波动较大,呈明显减少趋势,且输沙减少的趋势性要强于径流;径流与输沙发生重要突变的时间都是1980年,说明径流量的减少在一定程度上直接影响着输沙量的变化.降水量的减少是径流减少的重要原因,但二者的变化并不是完全一致的, 20世纪60年代以来尤其是1980年以后,降水对径流的影响有所减弱,在其他自然条件(如蒸发)相对不变的情况下,人类活动是径流减少的主要驱动因素.根据理论分析,受人类活动的影响, 1961～1980年的累积减沙量为108 610×104 t,平均每年减少5 430.50×104 t, 1981～2005年的累积减沙量为93 324×104 t,平均每年减少3 732.96×104 t.     

气候变化和人类活动对白洋淀上游水源区径流的影响

白洋淀是华北平原最大的湖泊湿地,对维持华北平原生态平衡具有极其重要的作用。近年来,白洋淀流域水源减少已经引起了严重的生态环境问题,本文以唐河上游流域为例,根据流域内1960-2008 年水文气象数据,采用气候弹性系数和水文模拟方法,研究了气候变化和人类活动对白洋淀上游水源区径流量的影响。结果表明：年径流下降趋势显著,下降速率为1.7 mm/a,且径流在1980 年前后发生了突变;气候变化对唐河上游流域径流减少的贡献率为38%~40%,人类活动对径流的减少起主导作用,为60%~62%。为维持白洋淀的生态功能,必须保证一定的最小生态需水量,开展湿地生态用水调度与监管。     

沂河流域水文特征变化及其驱动因素

以沂河流域为研究区,运用水文特征参数时间序列法,分析1951—2002年流域降水、径流、洪峰流量等水文要素的演化趋势,通过临沂站50年来天然径流过程的回归模拟及其与实测径流的比较,定量分析气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明：近50年来沂河流域年径流量和各月径流量显著减少,并且对降水波动的响应迟缓,而单次暴雨径流对降水反应敏感;10年尺度的降水波动中,径流随着降水的多少而发生相对一致的变化趋势,降水变化在一定程度上控制着径流的演化;但是20世纪60年代中期以来,临沂站实测径流的平均值减少了149mm,占天然径流量年平均值的51．6％,气候变化和人类活动对径流减少的贡献率分别为39．3％和60．7％。水利工程建设、土地利用变化、水资源开发利用等人类活动对径流产生更为深刻的影响。流域可持续发展要求在遵循水循环自然规律的基础上合理约束人类活动。     

祁连山排露沟流域径流对气候及下垫面变化的响应

在全球气候变暖和人类活动的共同影响下,中国西北干旱半干旱区水循环变化与水资源再分配正在改变区域生态环境。在长时间序列尺度上,仍缺乏对西北内陆河径流变化机制与特征时空格局的统一认识。本研究以祁连山排露沟流域为试验区,基于量水堰实测长序列径流数据,采用线性回归法、Mann-Kendall、滑动t、Pettitt和累积距平等检验方法,分析排露沟流域1994—2020年径流序列的变化趋势和突变年份;以气象站监测和人工潜在蒸发观测数据为基础,采用Budyko假设水热耦合平衡模型对排露沟流域径流量变化趋势进行归因分析;以固定样地2003—2021年每木检尺数据,采用材积源生物量法,对排露沟流域15个乔木固定样地的1017棵青海云杉的碳密度进行估算。结果表明：(1)1994—2020年排露沟流域径流量波动变化,丰枯交替,但整体呈现增加趋势,2006年径流发生突变,突变后的年平均径流量增加了9.53×10⁴ m³,增加率为34.88%。(2)在2007—2020年的突变期,排露沟流域径流对降水、潜在蒸发和流域下垫面参数的弹性系数分别为3.15、-0.70和-...     

1950年以来汾河水沙演变规律及影响因素分析

利用汾河河津水文站1950 年以来的水文资料, 应用多种统计分析方法, 系统分析了汾河水沙的季节及年 际变化规律, 并且对人类活动导致的年径流变化影响进行了估算。研究表明, 汾河流域水沙年内分配极不均匀, 年 内不均匀系数有明显上升趋势, 且越到近期稳定程度越低。水沙的年际变化剧烈, 且在20 世纪80 年代之后年径流 基本都是枯水时段。应用累积滤波器对汾河水沙变化趋势进行分析, 结果显示, 汾河流域水沙均呈减少趋势, 且泥 沙变化幅度大于径流变化。通过降水—径流双累积曲线及对天然径流的还原分析表明, 径流变化趋势在1964 年发 生明显偏离, 从多年平均值来看, 人类活动导致的径流减少量占径流减少总量的75.912%, 人类活动是汾河流域径 流减少的主要因素。     

塔里木河流域近50年来生态环境变化的驱动力分析

结合塔里木河流域近50年来水文、植被以及社会经济等方面的资料,采用趋势分析方法估算人为因素对流域地表径流的影响,通过相关和主成分分析等数学方法分析人类活动诸因子与流域地表径流和地下水质之间的关系。研究结果表明,塔里木河上游源流区的地表径流在过去的几十年里没有减少,且有一定程度的增加,塔里木河干流地表径流量减少是人类活动所致;人类活动在1970、1980和1990年代对流域上中游地表径流的影响量分别为41.59%、63.77%和75.15%;由人类活动所导致的地表径流量减少是影响河道水质发生变化的主导因子,而地下水位变化则影响灌区和非灌区地下水水质;塔里木河下游生态系统受损与人类活动直接相关。     

气候和人类活动对黄河中游区间产流量变化的贡献率

黄河中游产流量在过去几十年发生了明显减小的变化趋势,鉴于迄今有关气候及人类活动对该区产流量减小的影响比重仍存争议,本研究利用累积距平方法分析了研究区近60年来的产流量变化趋势,识别出1971年和1985年两个拐点年份,利用累积量斜率变化率分析方法(SCRCQ)估算了降水量和人类活动在产流量变化中的贡献率。与基准时期1950-1970年(T_A)相比,在不考虑蒸散量影响的情况下,降水量和人类活动对黄河中游区间产流量变化的贡献率在1971-1985年(T_B)分别为25.94%和74.06%,在1986-2009年(T_C)分别为25.13%和74.87%;如果考虑蒸散量的影响,则人类活动的贡献率在T_B和T_C时期分别增大到91.74%和93.41%。显然,人类活动是该区间地表产流量减小的最重要影响因素。人类活动对黄河中游区间产流量变化的主要影响方式是拦蓄滞留,这些拦蓄滞留的水量大多数最终通过蒸散作用而从地表径流循环进入大气循环,即人类活动改变了部分水循环的途径。     

黄河中游流域环境要素对水沙变异的影响

目前 ,黄河中游地区流域的水沙变化主要以水文法和水保法研究为主。由于黄河中游具有明显的自然地带性分布特征 ,流域系统的水沙过程受到环境要素的综合影响。本文根据黄河中游河口镇至龙门区间已控一级支流的测站资料 ,采用地理环境要素法分析水沙变异及成因。研究表明 ,河龙区间流域径流量和输沙量与地理环境因子的影响密切相关。 2 0世纪 70年代以来 ,降雨减水减沙作用不断减小 ,随着水土保持措施的提高 ,人类活动减水减沙所占比重不断增大。 70年代与 80年代气候波动和人类活动影响的平均减水减沙作用分别为5 3 4 %、 2 8 6 %和 4 6 6 %、 71 4 %。     

50年来秦岭金钱河流域水文特征及其对降水变化的响应

运用集中度和集中期、Kendall秩相关系数、R/S分析法、降水—径流双累积曲线模型及其他数理统计方法,分析了金钱河流域径流的变化特征,探讨了年际、季节及月尺度上径流变化的趋势并预测了未来趋势,用集中期指标反映了径流对降水响应的滞后效应,并定量分析了降水变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:50 a来径流量呈现出显著的递减趋势(p<0.05),递减率为34.33 m3(/s 10a),Hurst指数H=0.669>0.5,表明未来的一段时间内变化趋势与现在相同;1~12月各月径流均表现为下降趋势。流域内径流对降水的响应存在滞后效应,50 a径流对降水平均每年滞后23.6 d,且滞后天数具有明显上升趋势。50 a来径流系数呈极显著减小趋势,降水量转化为径流的部分在逐年减少,被植物截留、填洼、入渗和蒸发的部分增加;径流发生突变后比突变前径流系数降低了35.2%。50 a来降水变化对径流变化的影响率为53.4%,高于人类活动影响率46.6%,是导致径流变化的主要原因,人类活动为次要原因。     

气候变化对不同气候区流域年径流影响的识别

气候变化对流域径流的影响显著,但不同流域径流对各气候因子敏感性不同,具有明显的空间分异性。本文以位于半湿润、湿润地区的松花江、子牙河以及西苕溪流域为例,基于Budyko 水热平衡经验模型,采用归因分析方法分离了气象要素趋势性变化对年径流和潜在蒸发变化率的贡献与差异性。结果表明:1960-2008年,在上述3个流域中,降水趋势性变化对年径流变化的贡献比潜在蒸发大。松花江和子牙河流域各气象要素趋势性变化对潜在蒸发变化率的贡献排序为:温度>风速>水汽压>日照时数,而西苕溪流域为:温度>日照时数>风速>水汽压。在气候要素共同作用下,松花江和子牙河流域平均年径流分别以0.48和1.51 mm a^-2的速率减少,而西苕溪流域年径流则以1.42 mm a^-2的速率增加。所得结果加深了气候变化对径流影响机制和程度的认识,可作为流域水资源适应性管理的科学依据。     

黄河干流实际来水量不断减少的成因分析

20世纪90年代以来,黄河干流实际来水量不断减少,较以往平均来水减少幅度达到了20%~65%不等,黄河下游连年断流。本文基于气候变化 (如降水量变化),人类活动 (如国民经济用水量不断增加),生态环境 (如土地利用的变化) 等方面变化特点;根据黄河干流主要水文站的近50年来观测资料,定量地分析黄河干流实际来水量不断减少的数量及其减少的原因。     

The heterogeneity of hydrometeorological changes during the period of 1961-2016 in the source region of the Yellow River,China

Runoff in the source region of a river makes up most of water resources in the whole basin in arid and semi-arid areas. It is very important for water resources management to timely master the latest dynamic changes of the runoff and quantitatively reveal its main driving factors. This paper aims to discover the variation heterogeneity of runoff and the impacts of climatic factors on this runoff in the source region of the Yellow River(SRYR) in China from 1961 to 2016. We divided SRYR into four sub-regions, and analyzed changes of their contributions to total runoff in SRYR. We also revealed the impacts of precipitation, temperature and potential evapotranspiration on runoff in each sub-region by constructing the regression relationships between them at multiple temporal scales. The changes of runoff in the four sub-regions and their contributions to the total runoff were not exactly consistent. The climatic variables’ changes also have heterogeneity, and runoff was mainly affected by precipitation compared to influences of temperature or potential evapotranspiration. Their impacts on runoff have spatiotemporal heterogeneity and can be reflected by very significant-linear regression equations.It provided a simple method to predict headwater runoff for better water management in the whole basin.     

近50 a来乌鲁木齐河源区径流变化及其机理研究

 乌鲁木齐河源区径流是供给中下游地区和乌鲁木齐市的重要水源。通过对河源区3个水文断面（1号冰川、空冰斗和总控）有观测记录以来的径流变化研究,一方面提供径流观测的最新资料,使人们对乌鲁木齐河源区径流近期变化有新的认识;另一方面通过对气候、冰川变化的综合分析,揭示乌鲁木齐河源区径流近50 a变化事实和可能的原因。结果表明：河源区3个水文断面径流自有观测记录以来整体上呈增加趋势,其中总控水文断面径流虽有增加,但不显著。影响3个水文断面径流变化的因素不同,1号冰川水文断面径流变化受控于冰川区热量条件,当消融期气温大于2 ℃时,径流呈加速增长。1号冰川径流不仅包含了冰川对气候变化的瞬时响应,也包含了冰川对气候变化的滞后响应,由冰川物质平衡和面积计算的冰川体积损失量变化较好地验证了径流变化。对于空冰斗融雪径流,降水量多寡是导致径流变化的主导因素,但冰斗区固态降水多,气温亦起着不可忽视的作用。总控水文断面径流大小与气温和降水关系比较复杂,表现为近年来气温和降水增加,径流却有下降趋势,这可能与河源区实际蒸散增强、冰川快速退缩导致径流峰值已经出现、大范围冻土消融导致的地下渗漏量增多等原因有关。     

52 a来秦岭南北径流变化对比及影响因素

运用集中期、M-K突变检验法、径流系数等数理统计方法,基于1960-2011年马渡王与南宽坪径流数据及气象数据,对比分析灞河与金钱河流域径流变化特征,揭示秦岭南北气候变化差异得出：（1）52 a来灞河与金钱河年均径流深变化趋势相似,金钱河年径流深的变异程度大于灞河;（2）灞河与金钱河流域径流与降水在年内分配上存在滞后效应,秦岭南北从流域降水开始经过停蓄、漫流、河槽集流,然后汇流至金钱河河道大概需要20 d 左右的时间;（3）秦岭南北气候因子突变的时间点具有一致性,均发生在1990年左右,该突变可能是由于大尺度的气候变化导致局部地区自然环境变化引起的;（4）径流变化的下降趋势是降水、气温、植被变化和人类活动综合作用的结果。20世纪90年代末的径流突变主要原因是气候变化引起的,人类活动对其影响十分微小,因此,某些明显的突变现象是由于大的气候变化引起的,人类活动的影响是一个长期的过程,所以对自然资源应采取开发与治理同时进行。